地面开路电视信号的接收.docVIP

10.3 地面开路电视信号的接收 地面开路电视信号的接收主要依靠电视接收天线，早在有线电视未发展之前我们曾看到过各种各样的电视接收天线。尽管它们的外表形状千差万别，但它们的功能却是一样的，即把在周围空间里的电视信号的电磁能量转换成射频电流，并通过馈线送至电视接收机。即使是在有线电视已经全面普及的现在，在有线电视网络或闭路电视系统的前端仍然有一些开路电视天线在使用，它用来接收当地无线电视台的节目，经过适当处理后再送入有线电视系统作为节目的一部分。 10.3.1 开路接收天线的基本原理 1． 天线的工作原理 天线本身就是一个振荡器，但它又与普通的LC振荡回路不同，可看作是普通LC振荡回路的变形，图10.11画出了它们的演变过程。 图10.11 闭路振荡回路及天线开路发射 图1011中（A）图中的LC是发射机的振荡回路，此时电场集中在电容的两个极板中，而磁场则分布在电感线圈周围的有限空间里。在这种情况下要想向空间辐射电磁波是不可能的。如果将振荡回路展开，如图3.11中的(B)图、(C)图及(D)图那样，使电磁场分布于空间很大的范围，就创造了电磁波辐射的条件。 在发射台，已调制的高频信号电流通过发射机输送到天线上，该天线便把高频信号电流能量转变为相应的电磁波能量，并向空间辐射。关于电磁波产生与传播的过程我们在第一章已经介绍过，在此不再赘述。 电磁波的能量从发射天线辐射出去以后，将沿地表面所有方向传播。若在离发射天线的某一点置放一个导体，由于磁力线切割了导体，就在导体顶端产生了一定的交变电压——电动势，其频率与发射端的振荡频率相同。若将该导体通过传输线与接收机相连结，在接收机中就可以获得高频信号的电流。因此这个导体就起到了接收电磁波能量并转变为高频信号电流能量的作用，所以称此导体为接收天线。 2． 开路电视接收天线的主要作用 （1）接收电波，它是联系自由空间与电视接收机的重要设备； （2）具有阻抗匹配作用，它使天线接收到的信号功率最大程度地传输至电视接收机； （3）电视接收天线又是一个空间滤波装置，它能提高对信号频率的选择作用； （4）电视接收天线还是个极化器件，它可以有选择地接收一定极化方式电视信号。 如何衡量电视接收天线的性能，主要还取决于天线的一些参数。 10.3.2 天线的主要参数 1． 输入阻抗 天线的基本任务，就是要尽可能地降低高频电能由天线传送到接收机上时的损失和降低能量转换中的损失。为保证高频电能的传输效率，就必须知道天线输入阻抗，以选择适当的馈电设备和回路的元件，使之获得最佳的阻抗匹配。 天线馈电点的高频电压UA与高频电流IA的比值称为天线输入阻抗Rin，可用公式10.4进行计算： 或 （10.4） 式中实数部分R是天线的输入电阻，虚部X为天线的输入电抗。当天线处于谐振状态时，它相当于电阻，此时输入端的电流和电压是同相。 2． 天线效率 天线效率为有用功率(即辐射功率P∑)与消耗在天线上的总功率(辐射功率P∑与天线内所损耗的功率Pn之和)之比，即 （10.5） 式中 3． 方向图 天线的方向图说明了天线辐射能量在空间的分布，表示天线对来自不同方向的电磁波的接收能力，方向性越好，定向接收电视信号和抗干扰能力就越强。 在指定平面上以天线振子的中心为原点，绘出许多射径方向的向量，取其长度正比于各射径方向上等距离各点处的场强，将所有向量的末端连接成一条曲线，该曲线就是天线在这指定平面上的方向图。通常以场强的最大值为l。对于接收天线而言，方向图表征它所感应的电动势与接收方向的对应关系。图10.12所示为对称振子天线的水平方向图。 图10.12 天线方向图形 在天线方向图中，两半功率电平点（由于功率和场强的平方成正比，所以半功率电平点是场强从最大值降到0.707倍处）间的夹角被定义为天线方向图的波瓣宽度，见图3.12中的波瓣宽度B。波瓣宽度的大小，表征天线方向性的强弱。 4． 方向系数 在天线方向图中能清晰地看出天线方向性的强弱，但是全面地、精确地评价天线的方向特性还要用数值表示，这个数值称为方向系数。保持电场强度不变，将定向天线变为非定向天线发射功率所需要增加的倍数，称为天线的方向系数D。 5． 增益系数 增益系数等于天线效率和其方向系数的乘积。即： （10.6） 天线增益系数比天线方向系数更全面地反映了天线的性能，天线增益不仅考虑了方向性引起的场强变化，还考虑了天线效率对场强的影响。 6． 频率特性 实际的天线并不是只工作在一个频率上，而是工作在某一频带内。为了使整个天线系统对高频信号各频谱间的能量分配不引起显著的畸变，因此对天线的通频带